科學(xué)網(wǎng)
當(dāng)前，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是各國(guó)應(yīng)對(duì)淡水資源短缺的共同選擇。農(nóng)業(yè)節(jié)水除有效的工程節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水等措施外，以提高植物自身水分利用效率為主的生物節(jié)水正顯示出巨大的潛力。近日，以“生物節(jié)水技術(shù)及發(fā)展前景”為主題的第267次香山科學(xué)會(huì)議在北京舉行，與會(huì)的40位農(nóng)業(yè)專家共同探討了我國(guó)農(nóng)業(yè)生物節(jié)水的研究方向和發(fā)展前景。
孕育節(jié)水新突破
會(huì)議執(zhí)行主席、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)石元春院士介紹說，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中從引水到農(nóng)業(yè)產(chǎn)出是個(gè)多環(huán)節(jié)、長(zhǎng)過程的活動(dòng)，包括引水、輸水、灌水等非生物性的水消耗過程，也包括作物根系從土壤中吸水、傳輸、蒸騰等過程中的生物性水消耗過程?，F(xiàn)在，人們比較熟悉的農(nóng)業(yè)節(jié)水是通過渠道襯砌防滲、管道輸水、噴灌微灌等工程性措施，而生物節(jié)水卻往往被忽視了。
石元春說，節(jié)水是手段，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出是目的。而農(nóng)業(yè)產(chǎn)出主要是在生物性耗水過程中形成的。生物性節(jié)水，是指利用和開發(fā)生物自身的生理和基因潛力，在同等水供應(yīng)條件下以獲得更多的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出。
與會(huì)專家認(rèn)為，以減少輸水過程中無效損失為目標(biāo)的工程性節(jié)水，其技術(shù)性強(qiáng)、研究開發(fā)程度高，工作重點(diǎn)在于產(chǎn)業(yè)化開發(fā)和相關(guān)技術(shù)研究。而生物性節(jié)水面對(duì)的是復(fù)雜的生物體，其特點(diǎn)是研究難度大、開發(fā)程度低，且投入小、效益高、前景廣闊。石元春說，分子生物學(xué)和生物技術(shù)的興起為生物節(jié)水帶來了巨大活力，正孕育著新的突破。
一個(gè)未知數(shù)最多的領(lǐng)域
會(huì)議執(zhí)行主席、中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所山侖院士對(duì)記者說，由于農(nóng)業(yè)用水量約占全國(guó)用水總量的70%，因此，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是一種必然選擇。農(nóng)業(yè)節(jié)水是一項(xiàng)集多學(xué)科理論和技術(shù)于一體的系統(tǒng)工程，要解決的中心問題是提高水的利用率和利用效率，從而實(shí)現(xiàn)“既節(jié)水，又增產(chǎn)”的雙重目標(biāo)。工程節(jié)水措施由于技術(shù)規(guī)范、作用顯著，成為不同國(guó)家推行節(jié)水農(nóng)業(yè)的首選；但當(dāng)水的蒸發(fā)、滲漏等得到有效控制，水的時(shí)空調(diào)節(jié)得到最大限度利用之后，提高植物自身水分利用和抗旱性就顯得更為重要，成為進(jìn)一步節(jié)水增產(chǎn)的潛力所在，也是節(jié)水農(nóng)業(yè)中未知數(shù)最多的一個(gè)研究領(lǐng)域。
山侖說，生物節(jié)水可通過生理調(diào)控、群體適應(yīng)和遺傳改良等多個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)，但其中許多問題有待研究和解決。如在生理調(diào)控方面，根據(jù)適度水分虧缺下可以產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)的原理，建立有限灌溉制度，將是節(jié)水農(nóng)業(yè)面向未來的一項(xiàng)必然選擇。但在大田里推行有限灌溉是有風(fēng)險(xiǎn)的，如果掌握不好，將有可能造成農(nóng)作物的大面積減產(chǎn)。而水肥關(guān)系是節(jié)水灌溉和旱作農(nóng)業(yè)一個(gè)需要長(zhǎng)期研究的主題，需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水肥耦合關(guān)系及其量化調(diào)控的研究。
石元春說，生物節(jié)水中的一些重要的理論問題，如電波傳遞的生理功能及其與化學(xué)信號(hào)之間的關(guān)系、根系對(duì)環(huán)境信息感知傳遞和作物響應(yīng)機(jī)理等都有待進(jìn)一步揭示。
關(guān)鍵性核心目標(biāo)
山侖說：“生物節(jié)水可通過生理調(diào)控等多個(gè)技術(shù)途徑來實(shí)現(xiàn)，而培育抗旱節(jié)水的高產(chǎn)新品種和新類型則是這一研究的‘核心目標(biāo)’?！?
部分與會(huì)專家強(qiáng)調(diào)，雖然已經(jīng)有上百個(gè)與植物耐旱性有關(guān)的基因被克隆，但單個(gè)耐旱基因的作用是有限的。作物抗旱性不但是多基因控制的，而且是通過多個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)的，耐旱性和豐產(chǎn)性之間往往存在矛盾。因此，從分子水平上闡明作物抗旱性和高水分利用效率的物質(zhì)基礎(chǔ)及其生理功能，通過基因工程手段進(jìn)行基因重組，以創(chuàng)造節(jié)水耐旱與豐產(chǎn)兼?zhèn)涞男缕贩N，無疑將是缺水區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展中一個(gè)關(guān)鍵性的核心目標(biāo)。
山侖認(rèn)為，挖掘節(jié)水耐旱種質(zhì)資源是做好植物抗旱性和水分利用效率遺傳改良的前提。另外，要重視不同層次上節(jié)水耐旱育種的相對(duì)獨(dú)立作用及其相互關(guān)系，實(shí)行多學(xué)科協(xié)作，應(yīng)將常規(guī)育種和基因工程育種有效結(jié)合起來。他建議，當(dāng)前應(yīng)將獲得耐旱節(jié)水轉(zhuǎn)基因植物的研究重點(diǎn)“鎖定”在林草植物上，因?yàn)榕c一年生農(nóng)作物相比，林草植物豐產(chǎn)性與耐旱性的矛盾較小、生態(tài)效益更優(yōu)，一旦存活下來就有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)其防護(hù)和產(chǎn)出的目標(biāo)。
石元春指出，近20年來，我國(guó)年均旱災(zāi)面積3.4億畝，損失糧食5000萬～6000萬噸。如果通過各種生物性節(jié)水措施，將有望低投入、高產(chǎn)出地減少因干旱給我國(guó)農(nóng)業(yè)造成的損失，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。生物性節(jié)水和工程性節(jié)水兩者相輔相成，不可替代，二者的結(jié)合將成為有中國(guó)特色的農(nóng)業(yè)節(jié)水之路。
